用于制造复合构件的方法
【专利摘要】本发明的一个实施方式涉及一种方法，其包含以下步骤：提供具有塑料层(21)的第一构件(11)；提供第二构件(15)，其至少部分地、尤其完全地由金属构造而成；将所述第一构件(11)与所述第二构件(15)连接成所述复合构件(10)，其中，至少一个由金属构成的连接元件(24)形状配合地连接至所述第一构件，并且至少一个连接元件(24)借助电接触焊接来与所述第二构件(15)相连接，使得在所述至少一个连接元件(24)和由金属构成的所述第二构件(15)形成至少一个焊接连接(33)。
【专利说明】
用于制造复合构件的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于制造复合构件的方法和一种用于制造机动车的方法。
【背景技术】
[0002]作为乘用车的机动车具有车身和驱动发动机。作为承重构件的车身需要较大的刚性。除了纯钢板之外，有时也使用复合构件作为车身的部件，所述复合构件具有作为第一构件的夹层构件和由金属构成的第二构件。夹层板包含两个外侧的金属板(通常是钢板)，在所述两个外侧金属板之间布置塑料层。夹层板或复合构件具有比纯钢板重量轻的优点。为了夹层板或复合构件达到足够刚性，需要在局部连接区域上点式地使第一和第二构件彼此连接。
【发明内容】
[0003]因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种用于制造夹层板的方法和一种用于制造机动车的方法，其中可以以较小的技术花费来可靠地制造在具有塑料层的第一构件和由钢构成的第二构件之间的连接。
[0004]所述技术问题借助用于制造以夹层结构或层状结构形式的复合构件的方法来解决，所述方法具有以下步骤:提供具有塑料层的第一构件，提供至少部分地、尤其完全地由金属构造的第二构件，将第一构件与第二构件连接成复合构件，其中至少一个由金属构成的连接元件与第一构件形状配合地连接并且至少一个连接元件借助电阻焊接来与第二构件连接，使得在至少一个连接元件和由金属构成的第二构件之间形成至少一个焊接连接。优选地，复合构件包含第一构件和至少部分由不同材料构成的第二构件，并且一个构件包含塑料层，特别地，第一和第二构件分别被构造为层。金属板被考虑为金属层。
[0005]在补充变型中如下提供第一构件:第一构件是这样的夹层板，该夹层板具有第一金属板、优选第二金属板和塑料层，并且优选塑料层布置在两个金属板之间，和/或多个由金属构成的连接元件形状配合地与第一构件相连接或已经连接，并且连接元件借助电阻焊接与第二构件连接，使得在连接元件和由金属构成的第二构件之间形成焊接连接。电阻焊接可以简单地并且可靠地实施。
[0006]在另一实施方式中，连接元件是或者成为具有各自头部和各自钉杆的铆钉，并且铆钉借助各自头部来形状配合地与第一构件相连接。
[0007]在补充变型中，通过借助冲压工具将连接元件冲压或插入至第一构件中，使得由金属构成的连接元件形状配合地与第一构件相连接。因此，在较低成本下特别可靠地实现了连接元件与第一构件的连接。
[0008]合乎目的地，在第一构件的冲压位置处冲压连接元件之前，在第一构件的冲压位置处构造孔，并且将连接元件冲压或插入至孔内，和/或在冲压或插入连接元件期间借助连接元件使第一构件变形，尤其是借助每个铆钉的头部来使夹层板的第一金属板变形。例如在由于第一构件的材料或原料而不能将连接元件插入或冲压至第一构件的情况下，借助钻孔器可以在插入或冲压连接部件之前构造多个孔或者至少一个孔。
[0009]在另一变型中，在将连接元件冲压或插入至第一构件之后连接元件的第一端部部段形成相对于第一构件的第一外侧而言的突出部，和/或在将连接元件冲压或插入至第一构件之后连接元件的第二端部部段形成相对于第一构件的第二外侧而言的突出部，和/或在将连接元件冲压或插入至夹层板之后第一和第二金属板在与连接元件的纵轴线相垂直的方向上形状配合地与连接元件相连接，使得两个金属板在与连接元件的纵轴线相垂直的方向上的互相偏移被阻止。
[0010]在又一实施方式中，连接元件的第二端部部段在第二部件的局部接触位置上与第二构件接触，并且随后与第二构件接触的连接元件在局部接触位置上借助电阻焊接、尤其是电阻点焊来与第二构件相连接，和/或在将连接元件冲压或插入到夹层板之后并且在产生焊接连接之后，第二金属板被固定在塑料层和第二构件之间，并且第一金属板形状配合地被固定在连接元件上，并且塑料层被固定在第一和第二金属板之间，使得第一和第二金属板、塑料层和第二构件彼此相连接。
[0011]在又一构造中，为了产生各个焊接连接，在连接元件的第一端部部段上安放第一电极，并且在第二构件上安放第二电极，并且然后经由第一和第二电极、经由连接元件并且经由第二构件传导电流。由于电流传导和从中得到的加热，待焊接的部件可以被彼此焊接。
[0012]在变型方案中，为了产生各个焊接连接，连接元件被安放于第二构件的第一外侧上，并且第二构件具有第一外侧和第二外侧，并且与第二外侧相对置地布置第一外侧，并且第二电极被安放于第二构件的第二外侧上。
[0013]在又一实施方式中，在产生每个焊接连接期间，从第一电极向连接元件的第一端部部段施加压力并且从第二电极向第二构件施加压力，使得连接元件在纵方向上被施加压力，使得连接元件在纵方向上的延伸减小同时连接元件的在与纵方向相垂直方向上的延伸增大。
[0014]在附加的构造中，在产生每个焊接连接期间，由于连接元件的与连接元件纵方向相垂直方向上的延伸的增大，在预加应力的情况下，连接元件在与纵方向相垂直的方向上被夹紧在第一构件内。
[0015]在补充构造中，由于在电阻焊接期间连接元件的至少部分的恪化，连接元件材料结合地与第一金属板、并且优选与夹层板的第二金属板相连接。由于由金属(例如钢或铝)构成的连接元件的至少部分的熔化，所熔化的金属在冷却时或者在冷却之后就像粘合剂一样起作用并且材料结合地粘合至第一金属板、并且优选粘合至第二金属板。
[0016]在另一构造中，借助至少一个机器人来操纵和/或移动冲压工具和第一和/或第二电极以便产生焊接连接，和/或提供夹层板，其具有由钢或铝构成的第一和/或第二金属板和/或由PE或PA构成的塑料层，和/或提供第二构件，作为优选由钢或铝构成的金属板。
[0017]按照本发明的用于制造机动车的方法具有以下步骤:提供具有塑料层的第一构件;提供第二构件，其至少部分地、尤其完全地由金属构造而成;将第一构件与第二构件连接成夹层结构的复合构件;提供驱动发动机、尤其是电动机和/或内燃机;提供车轮;将复合构件、驱动发动机和车轮连接成机动车，其中借助在本专利申请中描述的方法来制造复合构件。
[0018]在变型方案中，借助复合构件来构造机动车车身的部分或者机动车其他部件、例如内燃机的贮油槽。
[0019]在又一实施方式中，通过在制造第一构件时、例如在喷铸或压铸时至少一个连接元件或多个连接元件被第一构件的原料所包围、例如挤压包封从而使至少一个或多个由金属构成的连接元件形状配合地与第一构件相连接，或者至少一个连接元件或多个连接元件被冲压至第一构件内。
[0020]对于具有大表面的较大的待制造的复合构件而言，为了足够的刚性，通常需要借助多个连接元件和焊接连接、例如多于5、10、20或30个连接元件和焊接连接来将第一和第二构件彼此连接。
[0021]在另一变型方案中，由金属构成的第二构件是支杆或棍或发动机缸体。
[0022]合乎目的地，这样提供夹层板，第一和第二金属板材料结合地与塑料层相连接。
[0023]在补充实施方式中，这样制造复合构件，S卩，复合构件的焊接连接的表面之和明显小于复合构件的表面，优选小于复合构件表面的20%、10%、5%、2%或1%。因此，焊接连接被点式地、局部构造在复合构件或金属板的平面的小部分上。
[0024]合乎目的地，以在连接元件纵轴线或在纵方向上的运动方向，将连接元件冲压或插入至第一构件内。所述纵方向平行于纵轴线。
[0025]在另一实施方式中，借助作为凸焊的电阻焊接，将至少一个连接元件与第二构件相连接，使得在所述至少一个连接元件和由金属构成的第二构件之间形成作为凸焊连接的至少一个焊接连接。
[0026]合乎目的地，借助作为凸焊的电阻焊接，来将多个连接元件与第二构件相连接，使得在连接元件和由金属构成的第二构件之间形成作为凸焊连接的焊接连接。
[0027]本发明还涉及一种具有程序代码介质的计算机程序，所述程序代码介质存储在计算机可读的数据载体上，以便当计算机程序在计算机上或者相应的计算单元上运行时，执行在本专利申请书中所描述的方法。
[0028]此外，本发明的组成部分是具有程序代码介质的计算机程序，所述程序代码介质存储在计算机可读的数据载体上，以便当计算机程序在计算机上或者相应的计算单元上运行时，执行在本专利申请书中所描述的方法。
【附图说明】
[0029]在下文中将参考附图更进一步描述本发明的实施例。其中，
[0030]图1示出机动车的侧视图；
[0031]图2示出在将铆钉安放于夹层板上并且将冲压工具安放于铆钉上之后夹层板、铆钉和冲压工具的纵剖图；
[0032]图3示出根据图2在将铆钉冲压至夹层板内之后夹层板、铆钉和冲压工具的纵剖图；
[0033]图4示出在将第一电极安放于铆钉上并且将第二电极安放于第二狗将上之后，具有所冲压铆钉的夹层板以及第二构件的纵剖图；
[0034]图5示出在铆钉和第二构件之间制造电焊连接并且在铆钉纵向方向上镦锻铆钉之后，具有所冲压铆钉的夹层板以及第二构件的纵剖图；
[0035]图6示出机器人的视图；并且
[0036]图7示出方法步骤的流程图。
【具体实施方式】
[0037]在图1中示出的机动车I具有车轮9、由钢板和至少一个以夹层结构形式的复合构件10构成的车身2，并且在车身2所限制的发动机舱内布置电动机4和/或内燃机5作为驱动发动机3。在车身2所限制的内部空间内布置两个作为座椅6的前排座椅7，并且布置三个作为座椅6的后排座椅8。后排座椅8在此组合为一个长椅。座椅6用于容纳人员。车身2的车顶部分由复合构件10和/或夹层板22构造而成。
[0038]机动车I的车身2因此由钢板和由至少一个复合构件10组成，所述钢板也就是仅仅由钢或钢板组成的板。作为第一构件11的夹层板22包含优选分别由钢构成的第一金属板
19、第二金属板20和例如由PE或PA构成的塑料层21。作为钢板23的两个金属板19、20具有在
0.2至0.4mm之间的厚度，并且塑料层21具有在0.2和0.8mm之间的厚度。在制造机动车I时，例如通过从供应商向机动车I的制造商供应夹层板22，从而首先提供夹层板22(图2)。在作为第一构件11的夹层板22中，第一和第二金属板10、11仅仅间接地与塑料层21材料结合地彼此连接，也就是说，在两个金属板19、20的金属之间不存在直接连接。第一构件11具有在第一金属板19上的第一外侧12和在第二金属板20上的第二外侧13。两个外侧12、13相对置地布置在构件11上。对于夹层板22在机动车I的车身2中的应用而言，该连接并不是足够的。此外，为了制造具有夹层结构的复合构件10，提供作为由钢构成的金属板42的第二构件15。第二构件15具有第一外侧16和第二外侧17，并且两个外侧16、17相对置地布置在第二构件15上。
[0039]为了连接第一构件11与第二构件15，也就是说为了制造复合构件10，在夹层板22的第一金属板19上的局部的冲压位置14处将作为连接元件24的铆钉27安放在第一外侧12上，并且在夹层板22的第二外侧13上安放止动工具35。铆钉27具有头部28和钉杆29，并且铆钉27的直径、也就是铆钉的与铆钉27纵轴线25相垂直的延伸在头部28处大于在钉杆29处。然后，借助冲压工具34将铆钉27冲压至夹层板22内，使得铆钉27在头部28处的第一上端部30形成相对于第一外侧12的突出部32，并且铆钉27在钉杆29处的第二下端部31形成相对于夹层板22的第二外侧13而言的突出部32，也就是说，由于铆钉27的长度大于夹层板22的厚度(图3)，铆钉27并没有相对于外侧12、13而言平齐地被冲压。铆钉27借助头部28在局部连接区域43上使第一金属板19变形，并且由于头部28的与钉杆29相比较大的直径，借助头部28将夹层板22在纵轴线25的纵方向26上与铆钉27形状配合地连接。
[0040]此外，第一和第二金属板19、20在与连接元件24的纵轴线25相垂直的方向上与连接元件24形状配合地相连接，使得两个金属板19、20的在与连接元件24的纵轴线25相垂直的方向上的互相偏移被阻止，原因在于，铆钉27或连接元件24在该运动方向上形成止挡，作为在该运动方向上的形状配合的连接。
[0041]在将铆钉27冲压至夹层板22内后，铆钉27的第二端部31被安放于第二构件15的第一外侧16上的局部接触位置18上。此后或者同时，第一电极36被安放在铆钉27的第一端部30上，并且第二电极37被安放于第二构件15的第二外侧17上(图4)。也可以由冲压工具34形成第一电极36。此后，通过两个电极36、37、铆钉27和第二构件15短时间地传导电流，使得借助在局部位置18上的电阻点焊，制造在由钢构成的连接元件24和第二构件15的第一外侧16之间的局部点式的焊接连接33。
[0042]在制造焊接连接33期间，从第一电极36向连接元件24的第一端部30施加压力，并且从第二电极37向第二构件15施加压力，使得连接元件24在纵向26上被施加压力，使得连接元件24在纵向26上的延伸或长度减小并且连接元件24的与纵向26相垂直的延伸或直径增大(图5)。因此，在预加应力的情况下，铆钉27在与纵向26或纵轴25相垂直的方向上被固定地夹紧在夹层板22中，使得附加地在铆钉27和夹层板22之间存在作用力接合的连接。在制造焊接连接23期间或者传导电流期间，轻微地熔化铆钉27，使得可以附加地在铆钉27和夹层板22之间形成材料结合的连接。夹层板22和作为金属板42的第二构件15具有与图2至5的绘图平面垂直并且平行的较大的延伸，因此为了可靠地连接，通过重复上述方法步骤，将多个铆钉24冲压至夹层板22内并且与第二构件15相焊接。
[0043]因此，第二金属板20固定在塑料层21和第二构件15之间，并且第一金属板19借助头部28来与铆钉27形状配合地连接，并且塑料层21固定在第一和第二金属板19、20之间，使得第一和第二金属板19、20、塑料层21和第二构件15与复合构件10相互连接。第一构件10和优选第二构件15分别被层状地构造，使得复合构件10具有夹层结构。
[0044]图7在流程图中示出方法步骤。在提供44第一构件11和提供45第二构件15之后，将连接元件24安放46在第一构件11上，并且然后实施将连接元件24冲压47至第一构件11内。在将所冲压的连接元件24安放于第二构件15上之后，将第一电极36安放49于连接元件24上并且将第二电极37安放50于第二构件15上。然后，经由电极36、37、连接元件24和第二构件15传导51电流，使得在连接元件24和第二构件15之间形成52焊接连接33。
[0045]作为工业机器人38的机器人38用于操纵并且移动冲压工具34、止动工具35和电极36、37。机器人38具有多个机器人手臂39，所述机器人手臂借助至少一个机器人关节40铰接地彼此连接，使得机器人手臂39在空间中可以自由地移动。在最后一个机器人手臂39的端部上布置工作机构41。所述工作机构41包含冲压工具34、止动工具35和电极36、37。
[0046]在另一个、未示出的实施例中，第一构件11仅仅包含塑料层21或仅仅包含金属层19和塑料层。上文中描述的方法类似被实施用于该实施例。
[0047]总体上考虑，按照本发明的用于制造复合构件10的方法具有重要的优点。连接元件24既用于连接夹层板22的两个金属板19、20，又用于将夹层板22与第二构件15相连接，因此，借助该制造步骤可以以简单的方式制造具有夹层结构的复合构件10，并且由于复合构件10的全部部件19、20、21、42彼此间相继地与连接元件24之间的固定连接，所述复合构件1具有足够的刚性以便用在机动车I中、例如用在机动车I的车身2中。
[0048]已经描述了至少一个实施例，其中要注意的是，对此仍然存在大量的变型。还应当注意的是，上述实施例仅仅是示例，而没有打算以任何方式限制保护范围、可应用性或可实施性或者结构。上文中的描述为技术人员提供了至少实现本发明一种实施例的合适的教导。要理解的是，在示例性的实施方式中，对功能和所描述部件的布置可以进行不同的改变，而不偏离权利要求的保护范围和权利要求的等同范围。
【主权项】
1.一种用于制造以夹层结构形式的复合构件(10)的方法，具有以下步骤: -提供具有塑料层(21)的第一构件(11)， -提供第二构件(15)，它至少部分地、尤其完全地由金属构造而成， -将所述第一构件(11)与所述第二构件(15)连接成所述复合构件(10)， 其中， 至少一个由金属构成的连接元件(24)形状配合地与所述第一构件(I I)相连接，并且至少一个连接元件(24)借助电阻焊接来与所述第二构件(15)相连接，使得在所述至少一个连接元件(24)和由金属构成的所述第二构件(15)之间形成至少一个焊接连接(33)。2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 这样提供所述第一构件(11)，即，所述第一构件(I I)是夹层板(22)，所述夹层板具有第一金属板(19)、优选第二金属板(20)和塑料层(21)，并且所述塑料层(21)优选布置在两个金属板(19、20)之间， 和/或 多个由金属构成的连接元件(24)形状配合地与所述第一构件(11)相连接，并且所述连接元件(24)借助电阻焊接来与所述第二构件(15)相连接，使得在所述连接元件(24)和由金属构成的所述第二构件(15)之间形成焊接连接(33)。3.根据权利要求1或2所述的方法， 其特征在于， 所述连接元件(24)是具有各自头部(28)和各自钉杆(29)的铆钉(27)，并且所述铆钉(27)借助各自头部(28)形状配合地与所述第一构件(11)相连接。4.根据上述权利要求中任一项所述的方法， 其特征在于， 通过借助冲压工具(34)将所述连接元件(24)冲压或插入至所述第一构件(11)内，使得由金属构成的连接元件(24)形状配合地与所述第一构件(I I)相连接。5.根据权利要求4所述的方法， 其特征在于， 在所述连接元件(24)在所述第一构件(11)的冲压位置(14)上被冲压之前，在所述第一构件(11)的冲压位置(14)处构造孔，并且将所述连接元件(24)冲压或插入到所述孔内， 和/或 在冲压或插入所述连接元件(24)期间，借助所述连接元件(24)使所述第一构件(11)变形，尤其是借助各个铆钉(27)的头部(28)来使所述夹层板(22)的第一金属层(19)变形。6.根据权利要求4或5所述的方法， 其特征在于， 在将所述连接元件(24)冲压或插入到所述第一构件(11)之后，所述连接元件(24)的第一端部部段(30)形成相对于第一构件(11)的第一外侧(12)而言的突出部(32)， 和/或 在将所述连接元件(24)冲压或插入至所述第一构件(11)之后，所述连接元件(24)的第二端部部段(31)形成相对于第一构件(11)的第二外侧(13)而言的突出部， 和/或 在将所述连接元件(24)冲压或插入至所述夹层板(22)之后，所述第一和第二金属板(10、11)在与所述连接元件(24)的纵轴线(25)相垂直的方向上形状配合地与所述连接元件(24)相连接，使得两个金属板(19、20)在与连接元件(24)的纵轴线(25)相垂直的方向上的互相偏移被阻止。7.根据上述权利要求中任一项所述的方法， 其特征在于， 所述连接元件(24)的第二端部部段(31)在所述第二部件(15)的局部接触位置(18)上与该第二构件(15)接触，并且随后与该第二构件(15)接触的连接元件(24)在局部接触位置(18)上借助电阻焊接、尤其是电阻点焊来与该第二构件(15)相连接， 和/或 在将所述连接元件(24)冲压或插入到所述夹层板(22)之后并且在产生所述焊接连接(33)之后，所述第二金属板(20)被固定在所述塑料层(21)和所述第二构件(15)之间，并且所述第一金属板(19)形状配合地被固定在所述连接元件(24)上，并且所述塑料层(21)被固定在第一和第二金属板(19、20)之间，使得所述第一和第二金属板(19、20)、所述塑料层(21)和所述第二构件(15)彼此相连接。8.根据权利要求7所述的方法， 其特征在于， 为了形成各个焊接连接(33)，在连接元件(24)的第一端部部段(30)上安放第一电极(36)，并且在所述第二构件(15)上安放第二电极(37)，并且然后经由第一和第二电极(36、37)、经由所述连接元件(24)并且经由所述第二构件(15)来传导电流。9.根据权利要求8所述的方法， 其特征在于， 为了形成各个焊接连接(33)，将所述连接元件(24)安放于所述第二构件(15)的第一外侧(16)上，并且所述第二构件(15)具有第一外侧(16)和第二外侧(17)，并且与所述第二外侧(17)相对置地布置所述第一外侧(16)，并且将所述第二电极(37)安放于第二构件(15)的第二外侧(17)上。10.根据权利要求8或9所述的方法， 其特征在于， 在形成每个焊接连接(33)期间，从所述第一电极(38)向所述连接元件(24)的第一端部部段(30)施加压力并且从所述第二电极(37)向所述第二构件(15)施加压力，使得所述连接元件(24)在纵方向(26)上被施加压力，使得所述连接元件(24)在纵方向(26)上的延伸减小并且所述连接元件(24)的与纵方向(26)相垂直的延伸增大。11.根据权利要求1O所述的方法， 其特征在于， 在形成每个焊接连接(33)期间，由于所述连接元件(24)的与连该接元件(24)纵方向(26)相垂直的延伸的增大，在预加应力的情况下，所述连接元件(24)在与纵方向(26)相垂直的方向上被夹紧在所述第一构件(11)内。12.根据权利要求2至11中任一项所述的方法， 其特征在于， 由于在电阻焊接期间所述连接元件(24)的至少部分的恪化，所述连接元件(24)材料结合地与所述第一金属板(19)相连接，并且优选与所述夹层板(22)的第二金属板(20)相连接。13.根据上述权利要求中任一项所述的方法， 其特征在于， 借助至少一个机器人(38)来操纵和/或移动所述冲压工具(34)和第一和/或第二电极(36,37),以便形成焊接连接， 和/或 提供所述夹层板(22)，所述夹层板具有由钢或铝构成的第一和/或第二金属板(19、20)和/或由PE或PA构成的塑料层(22)， 和/或 提供所述第二构件(15)，所述第二构件作为优选由钢或铝构成的金属板(42)。14.一种用于制造机动车(I)的方法，其具有以下步骤: -提供具有塑料层(21)的第一构件(11); -提供第二构件(15)，它至少部分地、尤其完全地由金属构造而成； -将所述第一构件(11)与所述第二构件(15)连接成夹层结构的复合构件(10); -提供驱动发动机(3)、尤其是电动机(4)和/或内燃机(5); -提供车轮(32); -将所述复合构件、所述驱动发动机(3)和所述车轮(32)连接成机动车(I)， 其中 借助根据上述权利要求中一个或多个方法来制造所述复合构件(10)。15.根据权利要求14所述的方法， 其特征在于， 借助所述复合构件来构造所述机动车(I)的车身(2)的部分。
【文档编号】B21D28/14GK105935858SQ201510988205
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2015年12月24日
【发明人】W.里瑟
【申请人】通用汽车环球科技运作有限责任公司